一种基于锁存器的智能超表面及其控制方法、控制器技术

本发明专利技术公开一种基于锁存器的智能超表面及其控制方法、控制器，属于无线通信领域。本发明专利技术对控制电路板结构进行改进，改进后控制电路板包括扫描线驱动电路和多个锁存器，扫描线驱动电路用于接收到控制器发送的扫描信号后，根据扫描信号选通锁存器，锁存器用于在被选通时，输出电平信号加载在对应RIS单元上，未被选通时，保持锁存状态。本发明专利技术利用锁存器可长时间稳定地锁存信号特性，选通RIS单元对应锁存器，控制智能超表面反射单元的工作状态，由于锁存器面积小、速度快、成本低，完成相同功能所需门较触发器要少，使得智能超表面集成度更高，体积更小，响应更快。通过扫描驱动电路有限的引脚与控制器连接，从而可选择IO口少的控制器，降低控制成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于锁存器的智能超表面及其控制方法、控制器
本专利技术属于无线通信领域，更具体地，涉及一种基于锁存器的智能超表面及其控制方法、控制器。
技术介绍
智能超表面(智能反射面，RIS，LargeIntelligentSurface，ReconfigurableIntelligentSurface，SoftwareDefinedSurface，Metasurface，IRS，IntelligentReflectingSurface，ReconfigurableMeta-Surfaces，HolographicMIMO等，下文均用RIS表述)是一种辅助通信系统，它利用其上的反射单元改变入射到表面的电磁波的相位或幅度，通过大量反射单元的共同作用，可以实现电磁波的定向反射，从而使得基站信号可以绕过阻挡物到达用户。如图1所示，每个单元里面的符号θn(n＝1,2,…,N)表示该单元的相移，这些单元的相移可由智能超表面的控制器控制。目前现存的智能超表面控制方案基本都是每个反射单元由一个控制器引脚独立控制的形式。这种方法虽然简单，但是由于超表面往往有大量的电磁单元，因此需要大量的控制器IO口资源，导致硬件成本居高不下，且不利于在智能超表面阵列规模较大时对其进行控制，并且增加控制器会大大增加成本。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种基于锁存器的智能超表面及其控制方法、控制器，其目的在于将大规模智能超表面划分为小规模集合后，利用锁存器可长时间稳定地锁存信号这一特性，选通集合内的各RIS单元对应的锁存器，从而控制智能超表面反射单元的工作状态，实现利用少数控制器引脚控制大规模的反射阵列的目的，降低控制器成本，提高控制器的利用效率；由于锁存器面积小、速度快，且完成同一个功能所需要的门较触发器要少，使得智能超表面集成度更高，使得智能超表面体积更小、响应更快。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种基于锁存器的智能超表面，所述智能超表面包括：位于外层的多个RIS单元，用于与入射信号相互作用；位于里层的控制电路板，用于调整每个RIS单元的反射幅度或者相移，所述控制电路板包括：扫描线驱动电路和多个锁存器，每个锁存器与RIS单元一一对应；其中，每个锁存器的锁存引脚通过扫描线连接到扫描线驱动电路上，输入引脚通过信号线连接到智能超表面的控制器上，输出引脚连接RIS单元；所述扫描线驱动电路，用于工作时与智能超表面的控制器进行连接，接收到控制器发送的扫描信号后，根据扫描信号选通锁存器；所述锁存器，用于在被选通时，输出电平信号加载在对应的RIS单元上，未被选通时，保持锁存状态。优选地，所述控制电路板还包括：位于所述锁存器与RIS单元之间的电压转换电路，用于在锁存器输出的电平信号无法满足RIS单元正常工作要求时，将电平信号转化为满足RIS单元正常工作所需电压信号。有益效果：本专利技术提出在锁存器与RIS单元之间放置电压转换电路，全面考虑了锁存器输出的电平信号(数字)可能无法满足RIS单元正常工作要求的情形，使得RIS单元可以工作在正常的电压范围内，实现电磁波的定向反射功能。优选地，所述扫描线驱动电路为移位寄存器电路或者译码逻辑电路。有益效果：以n行m列阵列式智能超表面为例，扫描线驱动电路优选为移位寄存器电路时，整个智能超表面的引脚数仅为m+1，扫描线驱动电路优选为译码逻辑电路时，整个智能超表面的引脚数仅为m+log2n，使得所需要的控制器引脚数量(原始为m+n)进一步减少，控制器的成本进一步降低。为实现上述目的，按照本专利技术的第二方面，提供了一种如第一方面所述的智能超表面的控制方法，所述控制方法包括：S1.确定智能超表面各RIS单元当前时刻所需控制电平信号，将智能超表面的所有RIS单元划分为至少一个集合；S2.确定每个集合内的各RIS单元在当前时刻所需控制电平信号；S3.选中一个集合，向扫描线驱动电路发送扫描信号，所述扫描信号用于选通选中集合内各RIS单元对应的锁存器；S4.将选中集合内各RIS单元的所需控制电平信号同时加载到选通的锁存器；S5.重复步骤S3-S4，直至各RIS单元当前时刻所需控制电压信号均已加载完毕。为实现上述目的，按照本专利技术的第三方面，提供了一种基于锁存器的智能超表面，所述智能超表面包括：位于外层的多个RIS单元，用于与入射信号相互作用；位于里层的控制电路板，用于调整每个RIS单元的反射幅度或者相移，所述控制电路板包括：扫描线驱动电路和多个锁存器，每个锁存器与RIS单元一一对应；其中，每个锁存器的锁存引脚通过扫描线连接到扫描线驱动电路上，输入引脚通过信号线连接到信号线驱动电路上，输出引脚连接RIS单元；所述扫描线驱动电路，用于工作时与智能超表面的控制器进行连接，接收到控制器发送的扫描信号后，根据扫描信号选通锁存器；所述信号线驱动电路，用于工作时与智能超表面的控制器进行连接，接收到控制器发送的控制电平信号后，将控制电平信号同时加载到所有选通锁存器；所述锁存器，用于在被选通时，输出电平信号加载在对应的RIS单元上，未被选通时，保持锁存状态。优选地，所述控制电路板还包括：位于所述锁存器与RIS单元之间的电压转换电路，用于在锁存器输出的电平信号无法满足RIS单元正常工作要求时，将电平信号转化为满足RIS单元正常工作所需电压信号。优选地，所述扫描线驱动电路为移位寄存器电路或者译码逻辑电路。为实现上述目的，按照本专利技术的第四方面，提供了一种如第三方面所述的智能超表面的控制方法，所述控制方法包括：S1.确定智能超表面各RIS单元当前时刻所需控制电平信号，将智能超表面的所有RIS单元划分为至少一个集合；S2.确定每个集合内的各RIS单元在当前时刻所需控制电平信号；S3.选中一个集合，向扫描线驱动电路发送扫描信号，所述扫描信号用于选通选中集合内各RIS单元对应的锁存器；S4.向信号线驱动电路发送选中集合内的RIS单元的所需控制电平信号；S5.重复步骤S3-S4，直至各RIS单元当前时刻所需控制电压信号均已加载完毕。优选地，步骤S1中，将智能超表面划分为多个相同的集合，每个集合包括若干行、若干列或者若干块RIS单元。有益效果：将智能超表面划分为多个相同的集合，有助于提高控制的效率。为实现上述目的，按照本专利技术的第五方面，提供了一种智能超表面的控制器，包括：计算机可读存储介质和处理器；所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如上述智能超表面的控制方法。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：(1)考虑到现有智能超表面的控制器成本高，本专利技术提出一种基于锁存器的智能超表面，对控制电路板结构进行改进，改进后的控制电路板包括扫描线驱动电路和多个锁存器，扫描线驱动电路用于工作时与智能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于锁存器的智能超表面，所述智能超表面包括：位于外层的多个RIS单元，用于与入射信号相互作用；位于里层的控制电路板，用于调整每个RIS单元的反射幅度或者相移，其特征在于，/n所述控制电路板包括：扫描线驱动电路和多个锁存器，每个锁存器与RIS单元一一对应；其中，每个锁存器的锁存引脚通过扫描线连接到扫描线驱动电路上，输入引脚通过信号线连接到智能超表面的控制器上，输出引脚连接RIS单元；/n所述扫描线驱动电路，用于工作时与智能超表面的控制器进行连接，接收到控制器发送的扫描信号后，根据扫描信号选通锁存器；/n所述锁存器，用于在被选通时，输出电平信号加载在对应的RIS单元上，未被选通时，保持锁存状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于锁存器的智能超表面，所述智能超表面包括：位于外层的多个RIS单元，用于与入射信号相互作用；位于里层的控制电路板，用于调整每个RIS单元的反射幅度或者相移，其特征在于，
所述控制电路板包括：扫描线驱动电路和多个锁存器，每个锁存器与RIS单元一一对应；其中，每个锁存器的锁存引脚通过扫描线连接到扫描线驱动电路上，输入引脚通过信号线连接到智能超表面的控制器上，输出引脚连接RIS单元；
所述扫描线驱动电路，用于工作时与智能超表面的控制器进行连接，接收到控制器发送的扫描信号后，根据扫描信号选通锁存器；
所述锁存器，用于在被选通时，输出电平信号加载在对应的RIS单元上，未被选通时，保持锁存状态。


2.如权利要求1所述的智能超表面，其特征在于，所述控制电路板还包括：
位于所述锁存器与RIS单元之间的电压转换电路，用于在锁存器输出的电平信号无法满足RIS单元正常工作要求时，将电平信号转化为满足RIS单元正常工作所需电压信号。


3.如权利要求1或2所述的智能超表面，其特征在于，所述扫描线驱动电路为移位寄存器电路或者译码逻辑电路。


4.一种如权利要求1至3任一项所述的智能超表面的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
S1.确定智能超表面各RIS单元当前时刻所需控制电平信号，将智能超表面的所有RIS单元划分为至少一个集合；
S2.确定每个集合内的各RIS单元在当前时刻所需控制电平信号；
S3.选中一个集合，向扫描线驱动电路发送扫描信号，所述扫描信号用于选通选中集合内各RIS单元对应的锁存器；
S4.将选中集合内各RIS单元的所需控制电平信号同时加载到选通的锁存器；
S5.重复步骤S3-S4，直至各RIS单元当前时刻所需控制电压信号均已加载完毕。


5.一种基于锁存器的智能超表面，所述智能超表面包括：位于外层的多个RIS单元，用于与入射信号相互作用；位于里层的控制电路板，用于调整每个RIS单元的反射幅度或者相移，其特征在于，
所述控制电路板包括：扫描线驱动电路和多个锁存器，每个锁存器与RIS单元一一对应；其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴熙隆，尹海帆，王锴，张昆，陆骋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42